燃烧过程控制综合仿真控制

1、目 录1 控制系统简介12控制系统工作原理分析32.1燃料流量子系统工作原理32.2燃料流量子系统辨识42.3燃料流量子系统参数整定43利用matlab或应用稳定性判据对系统稳定性分析83.1 稳定判定83.2 引风量与负压关系83.3 送风量对负压的干扰94 利用simulink建立控制系统各部分参数整定仿真框图104.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图104.2 蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图124.3 空气流量控制系统参数整定134.4 负压控制系统参数整定145 利用simulink建立燃烧炉控制系统仿真框图以得到仿真结果156 总结16参考文献17171 控制系统简介燃烧控制系统是使

2、炉膛内燃料燃烧的能量适应锅炉负荷的需要，同时维持锅炉安全、经济运行的模拟量控制系统的总称。通常由燃料量控制系统、送风量控制系统、氧量校正系统和炉膛压力控制系统组成。 现代燃烧控制系统指在无人直接参与情况下通过自动化仪表和自动控制装置（包括计算机和计算机网络）完成热力过程参数测量，信息处理，自动控制，自动报警和自动保护。它的范围极其广泛，包括了主机，辅助设备，公用系统的自动化。而其中最重要的是锅炉，汽轮发电机组运行的自动化，它大致包含四个基本内容：自动检测指热力过程中温度，压力，流量，液位，成分等热工参数的测量由自动化仪表来完成。自动检测的热工参数是监督火电厂机组是否正常运行的依据，是随时调整自

3、动控制作用的依据，也是机组进行积极核算，事故分析，自动报警等的数据来源。自动调节一般指正常运行时，操作的自动化，即在一定范围内，自动地适应外界负荷变化或其他条件变化，使生产过程自动进行。锅炉的自动调节，主要包括以下四个部分的控制：汽包液位的控制：控制汽包液位高度在一个能保证锅炉安全运行的位置，水位过高会影响汽水分离，产生汽带水现象；水位过低会影响水汽循环，使金属局部过热而爆管，导致重大事故。因此，必须对汽包水位进行自动调节，把水位严格控制在规定范围内。汽包蒸汽压力控制：维持蒸汽压力恒定，蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。蒸汽压力过低或

4、过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的。压力过高，会加速金属的蠕变，导致锅炉受损；压力过低，就不可能提供给负荷设备负荷质量的蒸汽。因此，控制蒸汽压力是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。最优燃烧控制：即最优空气燃料比控制，在保证锅炉汽压稳定的前提下，调节炉排转速和鼓风量的配比，以使锅炉燃料得以充分燃烧，达到最优燃烧。炉膛负压控制：负压控制即控制引风量是锅炉运行在负压状态下，避免锅炉炉膛向外喷火，同时也避免锅炉热量因为正压而被过多地随排放的尾气排放，保持锅炉燃烧的经济性。远方控制及程序控制远方控制是通过开关或按钮，对生产过程中重要的调节机构和截止机构实现远距离控制。程序控制主要是指机组（或

5、局部系统，设备）在启动，停止，增减负荷，事故处理时的一系列基于逻辑的操作。自动保护是利用自动化装置，对机组（或系统，设备）状态，参数和自动调节进行监视，当发生异时，送出报警信号或切除某些系统和设备，避免发生事故，保证生命和设备的安全。火电厂的自动保护对象主要有锅炉，汽轮发电机本体，辅助设备，局部供应系统以及自动调节系统等。燃煤锅炉的控制过程会受到许多不可测扰动的影响 ,加之过程含有时滞 ,故仅采用常规反馈控制很难有效地消除这些不可测扰动的影响。目前常用的解决方法是估计扰动的模型 ,采用补偿的办法。但锅炉实际运行中的扰动是无法完全估测或不易测量的。控制系统的框图如下图1.1所示图1.1 控制系统

6、框图3 利用matlab或应用稳定性判据对系统稳定性分析3.1 稳定判定s=tf(s); num=2; den=13 1; g=tf(num,den); g.iodelay=3;bode(g)计算出相位裕量与增益裕量gw, pw, wcg, wcp=margin(g)gw = 3.7283pw = 97.1000wcg = 0.5684wcp = 0.13323.2 引风量与负压关系 g=tf(10,7 1,inputdelay,1)transfer function: 10exp(-1*s) * - 7 s + 1 bode(g)计算出相位裕量与增益裕量 gw, pw, wcg, wcp=m

7、argin(g)gw =1.1641pw =14.3208wcg = 1.6568wcp =1.42103.3 送风量对负压的干扰 g=tf(2,3 1)transfer function: 2-3 s + 1 bode(g)计算出相位裕量与增益裕量 gw, pw, wcg, wcp=margin(g)gw = infpw =120.0007wcg = nanwcp =0.57734 利用simulink建立控制系统各部分参数整定仿真框图4.1 燃料控制系统临界振荡仿真框图为使系统无静差，燃烧流量调节器采用pi形式，即:,其中，参数和采用稳定边界法整定。从pid控制器的3个参数的作用可以看出3

8、个参数直接影响控制效果的好坏,所以要取得较好的控制效果,就必须对比例、积分、微分3种控制作用进行调节. 总之,比例主要用于偏差的“粗调”,保证控制系统的“稳”；积分主要用于偏差的“细调”,保证控制系统的“准”；微分主要用于偏差的“细调”,保证控制系统的“快”。过程控制系统中常用的p id校正装置传递函数为： 4-1其中、分别是比例系数、积分系数、微分系数.simulink环境仿真的优点是:框图搭建非常方便、仿真参数可以随便修改。调节规律参数整定kpkikdp0.5kppi0.455kp0.535kp/tpd0.6kp1.2kp/t0.075kpt表4-1稳定边界法参数整定的计算公式4.2 蒸汽

9、压力控制系统参数整定仿真框图在燃料流量控制系统整定的基础上，整定蒸汽压力控制系统参数。系统整定仿真框图如图4所示。副调节器采用比例积分调节，双击开副调节器pid1模块，进行如下参数设置：4.3 空气流量控制系统参数整定4.4 负压控制系统参数整定5 利用simulink建立燃烧炉控制系统仿真框图以得到仿真结果利用各整定参数对控制系统仿真，其框图如图5所示。假定蒸汽压力设定值为10，炉膛负压设定值为5，系统受幅值0.1的随机干扰。6 总结本文介绍了燃烧控制系统的设计与仿真的研究背景和现状，并设计出了一套具有普遍可行性的燃烧控制系统，它共分为三个子系统：蒸汽压力控制系统，燃料空气比值系统和炉膛负压控制系统，本文分别对其做了论证和分析。同时，选择了matlab中的simulink工具箱对整个系统进行仿真。在仿真阶段，采用的控制方法是应用最广泛的pi控制，最终都使波形达到了稳定状态。仿真中分了有扰动和无扰动两种不同的情况进行，扰动为幅值0.1的随机扰动，可以看到在有扰动的情况下，稳定性变差。但tp,ts和超调量均无明显变化。系统基本符合要求。在这样的系统中，还有许多的地方值得去改良，从而达到提高燃料使用效率，减少污染，提高经济效益的目的，这还需要进一步的大力研究。参考文献1 自动控制原理.胡寿松主编.北京：科学出版社，2